專利名稱：一種含硼阻燃劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含硼阻燃劑的制備方法，屬于材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
阻燃劑是指用于提高材料阻燃性能，阻止其被引燃并抑制火焰?zhèn)鞑サ闹匾鷦?。目前常用的合成高分子和天然高分子材料大都需要添加阻燃劑以獲得符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的阻燃性能。常見的用于阻燃的元素主要是元素周期表中的第II主族的鎂、第III主族的硼和鋁、第V主族的N、P和Sb、第VII主族的鹵素以及一些鋅化合物和鑰化合物。 含鎂的助燃劑主要是Mg (OH)2和硼酸鎂等化合物，氫氧化鎂具有耐熱溫度高的特點(diǎn)，但其堿性較強(qiáng)、表面能很高，很容易團(tuán)聚而導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降；同時(shí)氫氧化鎂只有在添加量達(dá)到30%以上時(shí)才能獲得較好的阻燃效果，這都限制了氫氧化鎂的使用范圍。硼酸鎂是一種新型阻燃材料，其顆粒多為晶須狀，阻燃性能較好，但合成比較困難，價(jià)格昂
蟲
貝o鋁系的阻燃劑主要是Al (OH)3，它作為無機(jī)無鹵阻燃劑被看作最環(huán)保的阻燃劑之一，然而氫氧化鋁也有添加分?jǐn)?shù)過高的問題，常常和別的阻燃劑協(xié)同使用。磷系阻燃劑是被廣泛開發(fā)的一類阻燃劑，其中的無機(jī)磷阻燃劑主要依靠形成碳層并抑制燃燒的途徑完成阻燃，但需要添加PH3捕捉劑，否則有可能在燃燒中形成劇毒PH3，此外紅磷阻燃劑顏色較深，不能用于無色、淺色或白色材料的阻燃。含鹵素的阻燃劑是通過自由基湮滅的方式抑制火災(zāi)，是目前最有效的阻燃劑類別之一，然而含鹵素阻燃劑的材料在火災(zāi)中有可能產(chǎn)生鹵酸，引起腐蝕并對(duì)人員的呼吸系統(tǒng)發(fā)生毒害，所以目前發(fā)達(dá)國(guó)家相繼限制甚至禁止了含鹵阻燃劑的使用。鑰系阻燃劑具有較好的消煙性能，但其價(jià)格昂貴，常見于高端阻燃劑產(chǎn)品。硼系化合物具有低毒、抑煙和阻燃性能優(yōu)良等特點(diǎn)，我國(guó)作為硼資源大國(guó)，開發(fā)硼系阻燃劑具有很好的應(yīng)用前景。硼酸是最簡(jiǎn)單的硼系阻燃劑，但其熱失重溫度較低，常常和其他阻燃劑配伍使用。硼砂也是較常見的阻燃劑，也常常和硼酸配伍用于纖維素材料的阻燃。硼酸鋅是目前最常用的硼系阻燃劑，具有阻燃、成碳、抑煙、抑陰燃和防止生成熔滴等作用，是非常高效的阻燃材料，目前已經(jīng)有系列定型產(chǎn)品問世。然而硼酸鋅常需要在高溫下通過硼酸或硼砂與含鋅化合物的反應(yīng)制備而得，其反應(yīng)時(shí)間也較長(zhǎng)(何瓊?cè)軇岣男苑ㄖ苽鋪單⒚准?jí)低水硼酸鋅[J].無機(jī)鹽工業(yè)，2006，4 (36) : 16 18 ;鄒旭華新型阻燃劑硼酸鋅(2335)的合成研究[J].應(yīng)用化工，2001，30 (2) :32 34)。因此研究如何通過簡(jiǎn)易的方法獲得具有高熱失重率和防熔滴性能的硼系阻燃劑是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過一種簡(jiǎn)單的方法獲得具有高熱失重率和阻燃效果的含硼阻燃材料。該類阻燃材料的熱失重率可調(diào)，熱失重溫度高于200°C。在受熱過程中，該材料可通過釋放大量水分來稀釋可燃性氣體，同時(shí)材料當(dāng)中的硼元素有助于形成殼層，其有機(jī)組分可以形成碳層，其不可燃的二氧化硅組分有助于防止燃燒熔滴的產(chǎn)生。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種含硼阻燃劑的制備方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行將硼酸和可溶性糖溶解于40°C 90°C的水中，硼元素和可溶性糖的摩爾比為1/0. 08 1/5，然后混入二氧化硅溶膠，硼元素和硅元素的摩爾比例為1/1 1/10，然后將該混合物進(jìn)行噴霧干燥，獲得含有二氧化硅和糖類的硼系阻燃劑，噴霧干燥過程中熱風(fēng)進(jìn)口溫度200°C 150°C，出口溫度150°C 100°C ;本發(fā)明中，所述方法中的可溶性糖選自蔗糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖、麥芽糖、鼠李糖和甘露糖當(dāng)中的任意一種或任意幾種的混合物；所述方法中的 硼元素和可溶性糖的摩爾比優(yōu)選1/0. I 1/4 ;所述方法中的硅溶膠是酸性硅溶膠或堿性硅溶膠，硅溶膠當(dāng)中的二氧化硅質(zhì)量含量為IOwt% 40wt% ;所述方法中的硼元素和硅元素的摩爾比例優(yōu)選1/2 1/8。相比于常見的硼系阻燃劑，本方法獲得的阻燃劑兼具阻燃、抑煙、釋放水分、形成碳層和阻止熔滴等多種功能，可以添加于涂料、高分子和合成纖維等材料中完成阻燃功能。由于材料中含有惰性二氧化硅和高溫粘性的硼化物，可以有效阻止材料燃燒過稱中形成熔滴，非常有利于在分子量較低且燃燒時(shí)易發(fā)生熔融流淌的高分子材料中使用。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的一種含硼阻燃劑的制備方法，其具體工藝方法如下將硼酸和可溶性糖溶解于40°C 90°C的水中，硼元素和可溶性糖的摩爾比為1/0. 08 1/5，然后混入二氧化娃溶膠，硼元素和娃元素的摩爾比例為1/1 1/10,然后將該混合物進(jìn)行噴霧干燥,獲得含有二氧化硅和糖類的硼系阻燃劑，噴霧干燥過程中熱風(fēng)進(jìn)口溫度200°C 150°C，出口溫度150°C 100°C ;本發(fā)明中，所述方法中的可溶性糖選自蔗糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖、麥芽糖、鼠李糖和甘露糖當(dāng)中的任意一種或任意幾種的混合物；所述方法中的硼元素和可溶性糖的摩爾比優(yōu)選1/0. I 1/4 ;所述方法中的硅溶膠是酸性硅溶膠或堿性硅溶膠，硅溶膠當(dāng)中的二氧化硅質(zhì)量含量為IOwt% 40wt%;所述方法中的硼元素和硅元素的摩爾比例優(yōu)選1/2 1/8。下面舉出幾個(gè)具體實(shí)施例，以進(jìn)一步理解本發(fā)明實(shí)施例I :將0. 4mol硼酸和0. 04mol葡萄糖溶解于500mL溫度為80°C的水中，再混入480g二氧化硅含量為IOwt %的堿性硅溶膠，而后在噴霧干燥設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)口溫度200°C，出口溫度150°C，獲得白色含硼阻燃劑，其熱失重溫度高于200°C，最大熱失重溫度在300 400°C之間。實(shí)施例2:將0. Imol硼酸和0. 4mol葡萄糖溶解于150mL溫度為60°C的水中，再混入120g 二氧化硅含量為40wt%的酸性硅溶膠，而后在噴霧干燥設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)口溫度200°C，出口溫度150°C，獲得白色含硼阻燃劑，其熱失重溫度高于200°C，最大熱失重溫度在300 400°C之間。實(shí)施例3 將0. 4mol硼酸和I. 2mol葡萄糖溶解于500mL溫度為80°C的水中，再混入480g 二氧化硅含量為20wt%的堿性硅溶膠，而后在噴霧干燥設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)口溫度200°C，出口溫度150°C，獲得白色含硼阻燃劑，其熱失重溫度高于200°C，最大熱失重溫度在300 400°C之間。
實(shí)施 例4:將0. 4mol硼酸和04mol蔗糖溶解于500mL溫度為80°C的水中，再混入500g 二氧化硅含量為20wt%的堿性硅溶膠，而后在噴霧干燥設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)口溫度200°C，出口溫度150°C，獲得白色含硼阻燃劑，其熱失重溫度高于200 V，最大熱失重溫度在300 400°C之間。實(shí)施例5:將0. 4mol硼酸和0. 5mol麥芽糖溶解于500mL溫度為90°C的水中，再混入600g 二氧化硅含量為30wt%的堿性硅溶膠，而后在噴霧干燥設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)口溫度200°C，出口溫度150°C，獲得白色含硼阻燃劑，其熱失重溫度高于200°C，最大熱失重溫度在300 400°C之間。實(shí)施例6 將0. 4mol硼酸和0. 6mol鼠李糖和0. 6mol甘露糖溶解于500mL溫度為80°C的水中，再混入480g 二氧化硅含量為20wt%的酸性硅溶膠，而后在噴霧干燥設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)口溫度150°C，出口溫度100°C，獲得白色含硼阻燃劑，其熱失重溫度高于150°C，最大熱失重溫度在250 400°C之間。實(shí)施例7 將0. 4mol硼酸和0. 2mol乳糖和0. 2mol果糖溶解于500mL溫度為80°C的水中，再混入480g 二氧化硅含量為20wt%的酸性硅溶膠，而后在噴霧干燥設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)口溫度150°C，出口溫度100°C，獲得白色含硼阻燃劑，其熱失重溫度高于150°C，最大熱失重溫度在250 400°C之間。實(shí)施例8 將0. 4mol硼酸和0. 2mol半乳糖溶解于IOOOmL溫度為40°C的水中，再混入400g二氧化硅含量為30wt %的堿性硅溶膠，而后在噴霧干燥設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)口溫度200°C，出口溫度130°C，獲得白色含硼阻燃劑，其熱失重溫度高于150°C，最大熱失重溫度在270 350°C之間。
權(quán)利要求
1.一種含硼阻燃劑的制備方法，其特征在于本方法按如下步驟進(jìn)行 將硼酸和可溶性糖溶解于40°c 90°C的水中，硼元素和可溶性糖的摩爾比為1/0. 08 1/5，然后混入二氧化硅溶膠，硼元素和硅元素的摩爾比例為1/1 1/10，然后將該混合物進(jìn)行噴霧干燥，獲得含有二氧化硅和糖類的含硼阻燃劑，噴霧干燥過程中熱風(fēng)進(jìn)口溫度 200°C 150°C，出口溫度 150°C 100°C。
2.如權(quán)利要求I所述的一種含硼阻燃劑的制備方法，其特征在于所述方法中的可溶性糖是選自蔗糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖、麥芽糖、鼠李糖和甘露糖當(dāng)中的任意一種或任意幾種的混合物。
3.如權(quán)利要求I所述的一種含硼阻燃劑的制備方法，其特征在于所述方法中的硼元素和可溶性糖的摩爾比優(yōu)選1/0. I 1/4。
4.如權(quán)利要求I所述的一種含硼阻燃劑的制備方法，其特征在于所述方法中的硅溶膠是酸性硅溶膠或堿性硅溶膠，硅溶膠當(dāng)中的二氧化硅質(zhì)量含量為IOwt% 40wt%。
5.如權(quán)利要求I所述的一種含硼阻燃劑的制備方法，其特征在于所述方法中的硼元素和硅元素的摩爾比例優(yōu)選1/2 1/8。
全文摘要
一種含硼阻燃劑的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法是采用硼酸、糖類和硅溶膠為主要組分，通過噴霧干燥獲得具有良好阻燃、抑煙、成碳、抑制熔滴能力的新型阻燃劑，該阻燃劑熱失重率可調(diào)，最大熱失重率可達(dá)40％，且抑制熔滴能力較強(qiáng)，非常有利于作為阻燃劑用于分子量較低、燃燒中易熔融流淌的高分子材料當(dāng)中。
文檔編號(hào)C09K21/02GK102634350SQ20121008664
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者代永強(qiáng), 劉海弟, 岳仁亮, 李偉曼, 陳運(yùn)法 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所